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Hai mai sentito parlare della magica trasformazione di un motore a induzione? Come può passare liberamente dalla generazione di elettricità all'energia elettrica?
Un motore a induzione, noto anche come generatore asincrono, è un generatore elettrico di corrente alternata (CA) che utilizza i principi di un motore a induzione per generare elettricità. Il principio di funzionamento di questo generatore è davvero unico. La velocità del rotore deve superare la velocità sincrona per generare elettricità. In poche parole, un normale motore a induzione CA può essere utilizzato come generatore senza alcuna modifica interna.
I generatori a induzione sono relativamente semplici nel design, quindi sono ampiamente utilizzati in piccole centrali idroelettriche, turbine eoliche o per ridurre il flusso d'aria ad alta pressione a bassa pressione.
Il funzionamento di un generatore a induzione si basa su un concetto fondamentale: quando la velocità del rotore supera la velocità sincrona, il generatore a induzione inizia a generare corrente elettrica. Questa differenza di velocità è chiamata "scorrimento" ed è solitamente espressa come percentuale della velocità sincrona. Quando questo generatore funziona alla velocità appropriata, può fornire una quantità utile di elettricità.
Come funziona
Il funzionamento principale di un generatore a induzione è che quando il suo rotore viene azionato meccanicamente a una velocità superiore alla velocità sincrona, produce una corrente elettrica. Prendendo come esempio un motore a quattro poli, questo motore ha una velocità sincrona di 1800 giri al minuto con un'alimentazione di 60 Hz. E 450 Hz equivalgono a 1500 giri al minuto. Quando il rotore funziona a 1450 giri/min, il suo scorrimento è del +3,3% rispetto alla velocità sincrona di 1500 giri/min. Un tale stato operativo fa sì che il campo magnetico dello statore del motore induca corrente e aziona ulteriormente il rotore.
Quando la velocità del rotore supera la velocità sincrona, il generatore può fornire potenza effettiva al sistema elettrico, un processo che fa molto affidamento su una fonte di azionamento esterna, come una turbina o un motore.
Stimolare la domanda
Sia i motori a induzione che i generatori richiedono una fonte di alimentazione esterna per eccitare gli avvolgimenti dello statore per generare un campo magnetico rotante. Questo dirige la corrente attraverso il rotore a induzione, consentendo al generatore di funzionare correttamente. Sia in modalità di produzione di energia che come motore, la macchina a induzione consuma potenza reattiva, quindi è indispensabile una fonte di eccitazione esterna.
Elettricità attiva ed elettricità reattiva
La potenza attiva di un generatore a induzione è fortemente correlata alla quantità di scorrimento. Quando la velocità del rotore supera i 1800 giri/min, o anche i 1860 giri/min, il generatore può erogare la massima potenza. Se la sorgente attiva non riesce a fornire una forza motrice sufficiente, il numero di giri rimarrà entro questo intervallo.
Il limite del generatore a induzione è limitato dalla corrente nominale dell'avvolgimento del generatore e anche la richiesta di potenza reattiva del generatore sarà diversa in condizioni diverse.
Connessioni alla rete e sistemi autonomi
I generatori a induzione richiedono un condensatore per fornire la potenza reattiva necessaria quando sono collegati a un sistema di generazione di energia indipendente. Quando è connesso alla rete, riceve potenza reattiva dalla rete per mantenere lo spazio elettromagnetico di cui ha bisogno. Per un sistema connesso alla rete, la frequenza e la tensione varieranno a seconda delle dimensioni della rete, funzionando in modo più semplice rispetto a un sistema autonomo.
Ambito di applicazione
I generatori a induzione sono famosi per la loro capacità di produrre elettricità pratica a diverse velocità di rotazione, in particolare negli impianti eolici e micro-idro. La struttura meccanica di questo tipo di generatore è semplice e durevole, non richiede spazzole o commutatori, quindi le sue esigenze di manutenzione sono basse.
Sebbene i generatori a induzione abbiano un potenziale applicativo diverso, i loro difetti non possono essere ignorati, soprattutto quando il carico è troppo elevato, il sistema non sarà in grado di continuare a generare elettricità.
Esempi
Prendiamo come esempio un motore a induzione trifase da 10 cavalli, 1.760 giri/min e 440 volt. La sua corrente a pieno carico è di 10 A, quindi la capacità richiesta per avviarlo è 1.523 VAR per fase. Tuttavia, se il carico è troppo grande, il condensatore deve essere ampliato per garantire il normale funzionamento del generatore.
Con la promozione della tecnologia delle energie rinnovabili, il potenziale delle applicazioni dei motori a induzione e le mutevoli esigenze dimostrano le opportunità e le sfide per il suo sviluppo futuro. E il modo in cui questa tecnologia verrà utilizzata e sviluppata in modo flessibile potrebbe eventualmente diventare un fattore chiave per migliorare la nostra efficienza energetica. Ciò ispirerà maggiore innovazione?
